JPS63175419A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱処理装置に関し、特に、高集積の半導体集
積回路装置を製造するための半導体基板の熱処理に適用
して有効な技術に関するものである。

〔従来技術〕

従来、半導体集積回路装置の製造における熱酸化、拡散
、アニール等に用いる横型又は縦型の熱処理装置におい
ては、炉心管の周囲にほぼその全長に亘って加熱ヒータ
を設け、この加熱ヒータにより加熱された炉心管中に例
えば１０〜１００枚程度の多数の半導体基板（半導体ウ
ェハー）を載せたボートを導入してバッチ式に熱処理を
行っている（例えば、在高編著ｒＬＳＩプロセス工学」
、ｐ、１１２．１９８２年１０月２５日発行、オーム社
）、この従来の熱処理装置においては、前記加熱ヒータ
は装置本体に対して固定され、炉心管は半固定されてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、本発明者の検討結果によれば、従来の技
術においては、加熱された炉心管内に一方の側からボー
トを導入し、所定の熱処理を行った後、このボートを同
じ側から炉心管の外に取り出しているので、半導体基板
は炉心管に導入される順序と逆の順序で炉心管の外に取
り出されることになり、このためボート上の位置により
半導体基板の熱履歴が異なり、特にボートの両端の半導
体基板の熱履歴は著しく異なる。これによって。

同一バッチ内で熱処理のばらつきが生じ、これが半導体
集積回路装置の特性のばらつきを招き、特に高集積のダ
イナミックＲＡＭのようなＬＳＩの歩留まり低下の原因
となるという問題がある。

本発明の目的は、同一バッチ内での半導体基板の熱処理
のばらつきを低減することができる技術を提供すること
にある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は１本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、炉心管と加熱ヒータとを相対的に移動可能に
構成している。

【作用〕

上記した手段によれば、例えば加熱ヒータを炉心管に対
して移動させる等により、炉心管内におけるその位置に
よらず半導体基板の熱履歴を実質的に同一とすることが
可能となるので、同一バッチ内での半導体基板の熱処理
のばらつきの低減を図ることが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて具体的に説明する
。

なお、実施例を説明するための全回において、同一機能
を有するものには同一符号を付け、その繰り返しの説明
は省略する。

叉直涯上 第１図は、本発明の実施例Ｉによる熱処理装置の縦断面
図である。

第１図に示すように、実施例■による熱処理装置におい
ては、例えば図示省略した熱処理装置本体に固定された
例えば石英製の炉心管（プロセスチューブ）１の周囲に
この炉心管１に比べて長さの短い加熱ヒータ２が設けら
れ、この加熱ヒータ２によって炉心管１を加熱すること
ができるようになっている。そして、この炉心管１内に
１例えば石英製のボート３上に載せられた多数の半導体
基板４を収容して、これらの半導体基板４をバッチ式に
熱処理するようになっている。この加熱ヒータ２は、図
示省略した駆動装置により前記炉心管２の中心軸方向に
移動することができるように構成されている。これによ
って、後述のようにボート３上の全ての半導体基板４．
すなわち同一バッチの半導体基板４の熱履歴を実質的に
同一とすることができる。また、前記炉心管１の両端に
はそれぞれキャップ５．６が開閉可能に設けられ、これ
らのキャップ５．６の開閉によってこの炉心管１を開放
又は密閉することができるようになっている。符号７，
８は、熱処理時に用いる所定のガスを導入又は排気する
ための管である。

次に、上述のように構成された実施例Ｉによる熱処理装
置により熱処理（熱酸化、拡散、アニール等）を行う方
法について説明する。

まず、第１図に示すように炉心管１の一端に加熱ヒータ
２を位置させた状態であらかじめ加熱ヒータ２に通電し
ておく。次に、炉心管１の外部でボート３上に熱処理を
行うべき所定枚数の半導体基板４を載せ、キャップ５を
開いた状態でこのボート３を図示省略したボートローダ
を用いて第１図に示すように炉、心管１の中央部に導入
する。この状態においては、炉心管１のこの中央部及び
図中その右側の部分はほとんど加熱されていないため低
温状態にある０次に、キャップ５を閉めた後、例えば管
８から炉心管１内に所定のガスを導入し管７からこのガ
スを排気しながら加熱ヒータ２を矢印Ｘ方向に移動させ
、ボート３に対応する位置（一点鎖線で示す位置）で停
止させる。この状態において、所定時間半導体基板４の
熱処理を行う。

この後、キャップ６を開き、このキャップ６側からボー
ト３を炉心管１の外部に取り出して熱処理を終了する。

このようにして行われるーサイクルの熱処理時のボート
３の両端の半導体基板１　（それぞれＡ、Ｂで示す）の
温度変化を第２図に示す。この第２図に示すように、Ａ
、Ｂで示される半導体基板１は、昇温、降温を開始する
時間が異なるだけで。

熱履歴は実質的に同一となる。また、第２図においては
図示していないが、Ａ、Ｂ以外の半導体基板１も熱履歴
はこれと同一である。このように同一バッチ内での半導
体基板４の熱履歴が同一となるのは、これらの半導体基
板４が加熱される順序とは逆の順序で冷却されるため、
これらの半導体基板４の熱履歴がボート３上におけるそ
の位置によらないからである。このように同一バッチ内
の全ての半導体基板４の熱履歴が同一となるので、同一
バッチ内での半導体基板４の熱処理のばらつきを著しく
低減することができる。従って、高集積のＬＳＩの製造
工程において熱処理を行う場合においても、熱処理のば
らつきに起因するＬＳＩの製造歩留まりの低下を防止す
ることができる。

また、従来の熱処理装置においては、炉心管１のほぼ全
長に亘って設けられた加熱ヒータ２の周囲に断熱材を設
けることにより保温性を高めているので、半導体基板４
の降温速度が小さく、このため−サイクルの熱処理に長
時間を要するのに対し、この実施例■によれば、半導体
基板４の降温速度は昇温速度と同様に加熱ヒータ２の移
動速度で決めることができるので、降温速度を昇温速度
と共に従来に比べて大幅に向上させることが可能である
１例えば、従来の熱処理装置においてランピング法によ
り熱処理を行う場合には、昇温速度は１０℃／分程度、
降温速度は２〜ｂ るのに対し、この実施例■によれば昇温速度及び降温速
度とも例えば１００℃／分程度以上に向上させることが
でき、従って熱処理のスループットの向上を図ることが
できる。さらに、従来の熱処理装置においては、ボート
３を炉心管内に導入するためにキャップを開くと、炉心
管内と外部とで著しい温度差があるために激しい対流が
起きて炉心管１内に外部の空気が激しい勢いで巻き込ま
れ。

これが原因となって半導体基板４の汚染が生じてしまう
が、この実施例■によれば、この問題も解決することが
できる。すなわち、ボート３は炉心管１の低温域から導
入されるため対流は少なく。

しかもこのボート８を炉心管１内に導入する際にこの炉
心管１内に巻き込まれる空気は熱処理前に例えば管８か
ら例えば窒素のような不活性ガスを導入することにより
パージアウトすることが可能となるので、半導体基板４
の汚染を効果的に防止することができる。従って、これ
によってもＬＳＩの製造歩留まりの低下を防止すること
ができる。

笑嵐五ｌ 第３図は、本発明の実施例Ｈによる熱処理装置の縦断面
図である。

第３図に示すように、実施例■による熱処理装置は、炉
心管１の一端に実施例Ｉにおけるキャップ６が設けられ
ておらず、従って炉心管１の一端が開閉可能になってい
ないことを除いて、実施例■による熱処理装置と実質的
に同一構成を有する。

次に、上述のように構成された実施例■による熱処理装
置により熱処理を行う方法について説明する。まず、実
施例Ｉと同様に、第３図に示すように炉心管１の一端に
加熱ヒータ２を位置させた状態であらかじめ加熱ヒータ
２に通電しておく。

次に、炉心管１の外部でボート３上に熱処理を行うべき
所定枚数の半導体基板４を載せ、キャップ５を開いた状
態でこのボート３を図示省略したボートローダを用いて
炉心管１の中央部に導入する。

次に、キャップ５を閉めた後１例えば図中左端から炉心
管１内に所定のガスを導入し管７からこのガスを排気し
ながら加熱ヒータ２を矢印Ｘ方向に移動させ、ボート３
に対応する位置（一点鎖線で示す位置）で停止させる。

この状態において、所定時間半導体基板４の線処理を行
う。次に、加熱ヒータ２を矢印Ｘ方向に二点鎖線で示す
位置までさらに移動させて、半４体基板４を例えば常温
程度の温度まで一旦冷却した後、加熱ヒータ２を矢印Ｘ
方向とは逆方向に移動させて、再びボート３　・に対応
する位置で停止させる。この状態で再び所定時間熱処理
を行った後、加熱ヒータ２を移動させて最初の位置に戻
す。この後、キャップ５を開き、このキャップ５側から
ボート６を炉心管１の外部に取り出して熱処理を終了す
る。

このようにして行われるーサイクルの熱処理時のボート
３の両端の半導体基板１　（それぞれＡ、Ｂで示す）の
温度変化を第４図に示す。この第４図に示すように、実
施例■と同様に、Ａ、Ｂで示される半導体基板１は、昇
温、降温を開始する時間が異なるだけで、熱履歴は実質
的に同一となる。

また、Ａ、Ｂ以外の半導体基板１も熱履歴はこれと同一
である。このように同一バッチ内での半導体基板４の熱
履歴が同一となるのは、実施例Ｉと同様に、これらの半
導体基板４が加熱される順序とは常に逆の順序で冷却さ
れるため、熱履歴がボート３上の半導体基板４の位置に
よらないからである。このように同一バッチ内の全ての
半導体基板４の熱履歴が同一となるので、実施例■と同
様に、同一バッチ内での半導体基板４の熱処理のばらつ
きを著しく低減することができる。従って。

熱処理のばらつきに起因するＬＳＩの製造歩留まりの低
下を防止することができる。同様に、半導体基板４の降
温速度及び昇温速度は加熱ヒータ２の移動速度で決める
ことができるので、昇温速度及び降温速度を従来に比べ
て大幅に向上することが可能であり、このため熱処理の
スループットの向上を図ることができる。さらに、実施
例Ｉと同様に、半導体基板４を炉心管１内に導入する際
に巻き込まれる空気による半導体基板４の汚染を防止す
ることができるので、ＬＳＩの製造歩留まりの低下を防
止することができる。

以上、本発明の実施例にもとづき具体的に説明したが、
本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であること
は言うまでもない。

例えば、上述の実施例！、■においては、炉心管１を固
定し、これに対して加熱ヒータ２を移動させることがで
きるように構成したが、これとは逆に加熱ヒータ２を固
定し、これに対して炉心管１を移動させることができる
ように構成することも可能である。また、実施例■にお
いて、加熱ヒータ２を炉心管１の中央部から矢印Ｘ方向
に移動させる際の移動量をより少なくして、半導体基板
１の温度が常温まで下る前に矢印Ｘ方向とは逆の方向に
移動を始めてもよい、このようにすれば、熱処理に要す
る時間をより短くすることができる。

さらに、上述の実施例Ｉ、■においては、本発明を横型
の熱処理装置に適用した場合について説明したが１本発
明は縦型の熱処理装置に適用することも可能である。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

すなわち、同一バッチ内での半導体基板の熱処理のばら
つきの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例Ｉによる熱処理装置の縦断面
図、 第２図は、第１図に示す熱処理装置による熱処理時の半
導体基板の温度変化の例を示すグラフ、第３図は、本発
明の実施例■による熱処理装置の縦断面図。 第４図は、第３図に示す熱処理装置による熱処理時の半
導体基板の温度変化の例を示すグラフである。 図中、１・・・炉心管、２・・・加熱ヒータ、３・・・
ボート、４・・・半導体基板、５．６・・・キャップで
ある。 メー°゛′＼。 代理人　弁理士　小川勝馬（゛′ 第　　１　　図 トナ闇 第　　３　　図 第　　４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板の熱処理を行うための炉心管と、この炉
   心管を加熱するための加熱ヒータとを具備する熱処理装
   置であって、前記炉心管と前記加熱ヒータとを相対的に
   移動可能に構成したことを特徴とする熱処理装置。 ２、前記炉心管を固定し、この炉心管に対して前記加熱
   ヒータを移動可能に構成したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の熱処理装置。 ３、前記加熱ヒータを固定し、この加熱ヒータに対して
   前記炉心管を移動可能に構成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の熱処理装置。 ４、前記熱処理装置が横型又は縦型の熱処理装置である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のいず
   れか一項記載の熱処理装置。 ５、前記熱処理装置が熱酸化炉、拡散炉又はアニール炉
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第４項
   のいずれか一項記載の熱処理装置。